KR20080078961A - 단결정 기판의 제조방법 및 그 단결정 기판 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단결정 기판의 제조방법 및 그 단결정 기판에 관한 것으로, 금, 구리, 은, 알루미늄, 니켈로 구성된 그룹 중 어느 하나의 금속으로 단결정을 육성시키는 단결정 육성단계와, 상기 육성된 단결정을 원판형상 조각으로 절단하는 단결정 절단단계와, 상기 절단된 원판형상 조각을 평행하게 배열시키는 단결정 배열단계와, 상기 배열된 단결정을 금형프레스법 또는 방전가공법을 이용하여 단결정 기판으로 가공시키는 단결정 기판가공단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 단결정 기판의 제조방법 및 이에 의해 제조된 단결정 기판을 그 기술적 요지로 한다. 이에 따라, 단결정 고유의 특성을 활용하여 전기 전도성 또는 열 전도성이 우수한 점을 활용할 수 있는 전기, 전자 분야에 사용되는 단결정 기판을 제조할 수 있으며, 이러한 단결정 기판으로써, CPU 인쇄회로기판, CPU 리드프레임, CPU 방열판 등으로의 활용이 가능하여, 최근의 전기, 전자 제품의 소형화 및 고집적화에 따른 고효율의 부품 및 소자를 제공할 수 있게 되는 것이다.
단결정 기판 방열판 인쇄회로기판 리드프레임

Description

단결정 기판의 제조방법 및 그 단결정 기판{single crystal substrate manufacturing method and the single crystal substrate}
도 1 - 본 발명의 실시예에 따라 육성시킨 금속 단결정 사진을 나타낸 도((a)은 단결정, (b)구리 단결정).
도 2 - 본 발명의 실시예에 따라 형성시킨 단결정 원판형상 조각 사진을 나타낸 도((a)은 단결정, (b)구리 단결정).
도 3 - 본 발명의 실시예에 따라 형성시킨 단결정 기판 가공 공정을 나타낸 모식도.
도 4 - 본 발명의 실시예에 따라 형성시킨 단결정 기판에 대한 사진을 나타낸 도((a)방열판, (b)리드프레임)).
<도면에 사용된 주요부호에 대한 설명>
10 : 육성된 단결정 20 : 원판형상의 조각
30 : 단결정 기판 100 : 와이어컷
200 : 전도성 접착제 300 : 금형
본 발명은 단결정 기판의 제조방법 및 그 단결정 기판에 관한 것으로, 특히 단결정 육성 방법을 이용하여 단결정을 성장시킨 후, 제조된 단결정을 이용하여 기판의 형상으로 가공시켜 단결정 기판을 형성시키는 단결정 기판의 제조방법 및 그 단결정 기판에 관한 것이다.
일반적으로 단결정은 어떤 고체 안에 존재하는 원자·이온·분자가 규칙적인 배열을 가지는 것으로, 전체적으로 내부 원자 배열이 규칙적이면서 완전한 구조를 갖는 것을 말한다. 이러한 단결정은 내부 원자의 규칙적인 배열에 의해 광택이 뛰어나고 깊은 색채감을 느낄 수 있으며, 격자결함이 없고 광택이 오래가게 된다. 또한 구조가 빈틈없이 완벽하므로 일반금속보다 더 단단한 성질을 가지고 있다.
이러한 단결정 중 금속 단결정은 전기 전도성이나 열 전도성이 뛰어나게 되며, 특히 단결정 금속이 아닌 일반 금속인 금, 구리, 은, 알루미늄, 니켈 등은 본래 전기 전도성이나 열 전도성이 어느 정도 우수한 성질을 가지고 있어, 전기, 전자 부품이나, 소자로 널리 사용되고 있는 실정이었다.
특히 이러한 전기, 전자 부품이나 소자 중에 전기 전도율이 우수한 금속은 CPU 등의 인쇄회로기판(PCB)이나 리드프레임(lead frame)으로 사용되고, 열 전도율이 우수한 금속은 방열판 등으로 사용된다.
그러나 최근의 전기, 전자 제품의 소형화 및 고집적화에 따른 추세에 맞춰 이러한 일반 금속으로 이루어진 인쇄회로기판, 리드프레임, 방열판 등의 전기, 전자 부품이나 소자가 그 효율을 따라가지 못하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래기술들의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 종자결정을 사용하여 금속 단결정을 육성한 뒤 가공하여 금속 단결정을 각종 기판의 형상으로 가공하여 단결정 기판을 제조시키기 위한 단결정 기판의 제조방법 및 그 단결정 기판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적 달성을 위해 본 발명은, 금, 구리, 은, 알루미늄, 니켈로 구성된 그룹 중 어느 하나의 금속으로 단결정을 육성하는 단결정 육성단계와, 상기 육성된 단결정을 원판형상 조각으로 절단하는 단결정 절단단계와, 상기 절단된 원판형상 조각을 평행하게 배열시키는 단결정 배열단계와, 상기 배열된 단결정을 금형프레스법 또는 방전가공법을 이용하여 단결정 기판으로 가공시키는 단결정 기판가공단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 단결정 기판의 제조방법 및 이에 의해 제조된 단결정 기판을 그 기술적 요지로 하며, 이렇게 제조된 단결정 기판은, 단결정 방열판 또는 단결정 인쇄회로기판 또는 단결정 리드프레임 등으로 사용될 수 있다.
또한, 상기 단결정 배열단계에서 방전가공법에 의할 경우에, 상기 원판형상 조각은 전도성 접착제 또는 전도성 지그에 의해 고정되는 것이 바람직하며, 또한 상기 방전가공법은, 와이어컷 방전가공법, 워터젯 방전가공법 및 3차원 방전가공법 중에 어느 하나의 방법을 사용하거나, 이들을 혼용하여 사용하여 다수개의 원판형상 조각을 동시에 단결정 기판으로 가공시키도록 하여 대량의 단결정 기판의 동시 생산이 가능하도록 하였다.
여기에서, 상기 단결정 기판가공단계 후에, 상기 단결정 기판의 표면을 연마시키는 단계가 더 포함되는 것이 바람직하다.
이에 따라, 단결정 고유의 특성을 활용하여 전기 전도성 또는 열 전도성이 우수한 점을 활용할 수 있는 전기, 전자 분야에 사용되는 단결정 기판을 제조할 수 있으며, 이러한 단결정 기판으로써, CPU 인쇄회로기판, CPU 리드프레임, CPU 방열판 등으로의 활용이 가능하여, 최근의 전기, 전자 제품의 소형화 및 고집적화에 따른 고효율의 부품 및 소자를 제공할 수 있게 되는 것이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.
먼저, 육성하고자 하는 금속 덩어리(금, 구리, 은, 알루미늄, 니켈)를 성장도가니(BN도가니, 석영도가니, 흑연도가니, 알루미나도가니 등)에 넣어서, 상기 금속덩어리가 포함되어 있는 성장도가니를 유도코일을 이용한 유도가열 또는 탄소히터를 이용하여 상기 금속덩어리를 용융시킨다.
본 발명에서는 성장도가니로 흑연도가니를 사용하거나 또는 흑연도가니를 외부도가니로 사용하고 BN도가니, 석영도가니, 알루미나도가니 중 하나를 내부도가니로 사용하는 이중 구조도가니를 이용하였다.
본 발명에서는 은 단결정을 육성하는 방법에 대해 상세히 기술하기로 한다.
여기서 은이 탄소와 화학적 결합을 하지 않으므로 성장도가니를 흑연도가니 또는 외부도가니가 흑연도가니인 이중 구조도가니를 사용하였다. 성장도가니를 발 열체로 사용하는 이유는 금속 단결정이 육성되어지면서 도가니에 잔류한 용융상태의 덩어리 양이 감소되는 경우에 유도 가열의 온도 조절이 어렵다는 것이다. 그래서 성장도가니를 발열체로 사용하여 도가니 자체의 온도를 제어하는 것이 금속 단결정을 육성하는데 용이하다는 것이다. 성장도가니와 일반 은은 RF코팅을 이용하여 금속의 녹는점까지 유도가열한다. 은의 녹는점이 962℃이므로 녹는점보다 30℃ 정도 높은 온도까지 가열하여 은을 완전히 녹인다.
그리고 원하는 결정구조를 지닌 종자결정을 제조하여 초크랄스키 방법에 의해 단결정 시드를 육성시키게 되는바, 종자결정인 단결정 시드는 (100), (110), (111) 방향으로 막대모양으로 각각 제조하였다. 또한 은 단결정을 육성하기 위해 성장온도는 1000℃~900℃의 범위 내에서 실시하였고, 액상의 온도를 0.1~1℃/min 정도 조절해가면서 성장시키는 종자결정인 단결정 시드를 이용한 초크랄스키 방법으로 은의 고순도 단결정을 육성한다. 이렇게 육성된 단결정은 도 1((a)은 단결정, (b)구리 단결정))에 도시하였다.
상기에서는 초크랄스키 방법에 의해 단결정을 육성하는 방법에 대해 설명하였으나 브리지만 방법에 의해 단결정을 형성하여도 무방하다.
여기에서 은 단결정은 일반적으로 높은 전기 전도성을 가지므로, CPU 인쇄회로기판이나 CPU 리드프레임으로 사용되게 된다. 그리고 금, 구리, 니켈 단결정도 일반적으로 CPU 인쇄회로기판이나 CPU 리드프레임으로 사용될 수 있으며, 열 전도율이 우수한 알루미늄, 구리, 은 단결정은 일반적으로 CPU 방열판으로 사용되게 된다.
다음은 상기 육성된 단결정(10)을 이용하여 단결정 기판을 제조하여야 하는바, 상기 육성된 고순도 단결정을 와이어컷(wire-cut) 가공을 하기 위한 공정으로 방전가공 또는 선반가공을 실시하여 원하는 두께의 원판형상 조각 또는 필요에 의해 여러가지 기하학적 형상의 조각으로 절단시킴으로써 1차 외형을 형성시키는 단결정 절단단계가 이루어지게 된다. 여기에서 원판형상 조각의 두께는 방열판이나 인쇄회로기판, 리드프레임의 두께에 맞춰서 절단하게 되며, 필요에 따라 1mm 정도의 웨이퍼 두께에서부터 5mm 정도의 두께 등 다양하게 절단할 수 있다. 이렇게 육성된 단결정으로부터 절단된 원판형상의 조각은 도 2((a)은 단결정, (b)구리 단결정))에 도시하였다.
여기에서 상기 육성된 단결정(10)으로부터 절단된 원판형상 조각은, 본 발명의 일실시예로써 방열판을 제조하는 경우를 살펴보고자 한다.
도 3에 도시된 바와 같이 종자결정인 단결정 시드로부터 육성된 단결정(10)을 와이어컷(wire-cut)(100)으로 원판형상 조각으로 절단하게 된다. 이렇게 절단된 원판형상의 조각(20)은 다수개로 형성되게 되며, 생산성의 향상을 위하여 평행하게 배열시키고 동시에 가공과정을 거치도록 한다.
상기 원판형상 조각의 배열 과정은 후술할 금형프레스법에 의할 경우에는 금형(300) 내부에 평행하게 배열시키고, 방전가공법에 의할 경우에는 외부 고정대에 평행하게 배열시켜 전도성 접착제(200) 또는 전도성 지그(jig) 등으로 고정시킨다.
여기에서, 금형프레스법은 내부에 단결정 기판의 형상 즉 회로패턴이나 방열판의 통공이 다수 성형되어져 있는 금형(300) 내부에 상기 원판형상의 조각(20)을 금형(300)에 맞춰 넣고 프레스 가공함에 의해 원판형상의 조각(20)이 소정 형상의 단결정 기판(30)으로 성형되어지게 된다. 그리고, 방전가공법은 와이어컷(wire-cut)(100) 방전가공법, 3차원 방전가공법 및 워터젯 방전가공법을 각각 또는 혼용하여 사용하여 원판형상의 조각(20)을 소정 형상의 단결정 기판(30)으로 성형시키게 된다.
또한 상기 금형프레스법 또는 방전가공법을 거친 후에는 단결정 기판의 측면 또는 단면에 대한 응력의 일부를 완전히 제거하기 위해 0.3㎛ 입자의 크기를 지닌 알루미나 분말을 이용하여 표면을 연마할 수도 있다.
이에 의해 원판형상의 조각이 금형프레스법, 와이어컷 또는 워터젯 작업에 의해 반복되어 제조됨으로써, 소정 형상의 단결정 기판(30)으로 제작되어 대량 생산이 가능하게 된다. 이러한 방법으로 가공된 본 발명의 일실시예로써 도 3에 단결정 방열판(a) 및 단결정 리드프레임(b)을 도시하였다.
본 발명은 상기의 실시예에 국한되지 않으며, 전기 전도성 또는 열 전도성이 우수한 점을 활용할 수 있는 모든 전기, 전자 제품 상의 부품이나 소자에 활용될 수 있으며, 이에 의해 전기, 전자 제품의 고효율을 도모할 수 있게 되는 것이다.
상기 구성에 의한 본 발명은 단결정 고유의 특성을 활용하여 전기 전도성 또는 열 전도성이 우수한 점을 활용할 수 있는 전기, 전자 분야에 사용되는 단결정 기판을 제조할 수 있으며, 이러한 단결정 기판으로써, CPU 인쇄회로기판, CPU 리드프레임, CPU 방열판 등으로의 활용이 가능하여, 최근의 전기, 전자 제품의 소형화 및 고집적화에 따른 고효율의 부품 및 소자를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 금, 구리, 은, 알루미늄, 니켈로 구성된 그룹 중 어느 하나의 금속으로 단결정을 육성시키는 단결정 육성단계와;
    상기 육성된 단결정을 원판형상 조각으로 절단하는 단결정 절단단계와;
    상기 절단된 원판형상 조각을 평행하게 배열시키는 단결정 배열단계와;
    상기 배열된 단결정을 금형프레스법 또는 방전가공법을 이용하여 단결정 기판으로 가공시키는 단결정 기판가공단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 단결정 기판의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 단결정 기판가공단계에서 가공된 단결정 기판은,
    단결정 방열판 또는 단결정 인쇄회로기판 또는 단결정 리드프레임으로 가공되는 것을 특징으로 하는 단결정 기판의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 단결정 배열단계에서 방전가공법에 의할 경우에, 상기 원판형상 조각은 전도성 접착제 또는 전도성 지그에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 단결정 기판의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 단결정 기판가공단계에서의 방전가공법은,
    와이어컷 방전가공법, 워터젯 방전가공법 및 3차원 방전가공법 중에 어느 하 나의 방법을 사용하거나, 이들을 혼용하여 사용하여 다수개의 원판형상 조각을 동시에 단결정 기판으로 가공시키는 것을 특징으로 하는 단결정 기판의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 단결정 기판가공단계 후에,
    상기 단결정 기판의 표면을 연마시키는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 단결정 기판의 제조방법.
  6. 금, 구리, 은, 알루미늄, 니켈로 구성된 그룹 중 어느 하나의 금속으로 육성된 단결정을 절단 가공시켜 판상의 기판으로 형성시킨 것을 특징으로 하는 단결정 기판.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 기판은,
    단결정 방열판 또는 단결정 인쇄회로기판 또는 단결정 리드프레임인 것을 특징으로 하는 단결정 기판.
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